铜薄膜的直流磁控溅射制备与表征

根据薄膜的形成机理,用直流磁控溅射方法制备出了表面结构平滑、致密的Cu薄膜.实验中,采用纯度＞99.9%的铜靶,工作气压保持在2.7 Pa不变,玻璃衬底温度随环境温度变化.用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)研究了薄膜的织构、晶粒尺寸和表面形貌.结果表明,随着溅射功率增大,薄膜织构减弱;溅射功率增大和溅射时间增加均可使薄膜的晶粒尺寸增大,在溅射功率≤100 W时获得的薄膜晶粒细小,有裂纹缺陷;溅射功率为150 W,溅射时间为30 min时,薄膜表面结构平滑、致密,晶粒尺寸相对较大.须进一步改进工艺参数,如衬底温度等,从而制备出表面结构平滑、致密、晶粒细小的薄膜.     

工艺条件对PZT薄膜界面层电容的影响

采用了一种新的界面层电容计算方法来提取PZT薄膜与电极之间的界面层电容,使用这种方法对不同工艺条件下制备的PZT薄膜界面层电容进行了比较.通过实验发现,不同的Pt溅射温度和PZT薄膜的退火温度都会对PZT薄膜与电极之间的界面层产生影响.高温溅射Pt会破坏Pt衬底中的TiO2结构,并导致PZT薄膜与电极之间的界面层特性变差;PZT薄膜600℃退火得到的薄膜表面均匀致密,界面层电容值最大.通过不同工艺条件下PZT薄膜界面层电容的提取比较,获得了调整PZT薄膜工艺条件的优化参数.     

Au/Zn/Au/p-In P欧姆接触的界面研究

研究了离子束溅射制备的Au/Zn/Au/p-InP欧姆接触的界面特性.在480℃退火15s比接触电阻达到最小,为1.4×1 0-5 Ω·cm 2.利用俄歇电子能谱(AES)和X射线光电子能谱(XPS)研究了接触界面的冶金性质.实验结果表明,在室温下InP中的In就可以扩散到接触的表面,退火后可与Au形成合金.退火后,Zn的扩散可以在p-InP表面形成重掺杂层,从而降低接触势垒高度,减小势垒宽度,有助于欧姆接触的形成;在接触与p-InP的界面产生一个P聚集区,同时Au与InP反应生成Au2P3,其P的2p3/2电子的结合能约为129.2 eV.     

量子点的形成对Si/Ge界面互扩散的影响

在Si(100)衬底上低温生长了一层完全应变的Ge层,高温退火形成量子点.我们用喇曼光谱研究了量子点形成时Si/Ge界面的互扩散现象,实验表明量子点的形成伴随着Si/Ge原子之间的互扩散,通常在Si衬底上形成的是SiGe合金量子点,而不是纯Ge量子点.     

量子点的形成对Si/Ge界面互扩散的影响

在Si(100)衬底上低温生长了一层完全应变的Ge层,高温退火形成量子点.我们用喇曼光谱研究了量子点形成时Si/Ge界面的互扩散现象,实验表明量子点的形成伴随着Si/Ge原子之间的互扩散,通常在Si衬底上形成的是SiGe合金量子点,而不是纯Ge量子点.     

影响WSi_x与GaAs接触特性的因素

自对准工艺可以降低GaAs FET的源漏电阻,提高跨导和截止频率.难熔金属硅化物WSi_x可用于自对准工艺.为得到较好的与GaAs接触的肖特基势垒特性和高温稳定性,本文较详细地实验研究了影响WSi_x与GaAs接触特性的诸因素,指出,除表面态外,主要有三种因素使WSi_x与GaAs之间的肖特基势垒二极管(SBD)性能变差:(1)Si在WSi_x中的含量;(2)界面情况——存在于GaAs表面的天然氧化层、退火后的互扩散和界面上生成的化合物;(3)溅射淀积WSi_x薄膜前,GaAs表面薄层的晶格状态.第三种因素对SBD性能的影响是在最近的实验中得到的.     

电偶腐蚀对先进封装铜蚀刻工艺的影响

在先进封装的铜种子层湿法蚀刻工艺中,电镀铜镀层的蚀刻存在各向异性的现象。研究结果表明,在磷酸、双氧水的蚀刻液体系中,因电偶腐蚀造成的凸点电镀铜蚀刻量约为铜种子层蚀刻量的4.9倍。通过分析凸点上锡、镍镀层的能谱数据及蚀刻效果,发现该凸点结构中的锡、镍镀层表面存在钝化层,导致锡、镍镀层的蚀刻量远低于铜镀层。在加入不同添加剂的蚀刻液中,通过络合铜或破坏锡、镍镀层表面钝化层的方法,均能达到抑制凸点上铜镀层发生电偶腐蚀的效果。其中,复合型添加剂可以使凸点上铜镀层的横向蚀刻量降低约82%,并且添加剂无残留风险。     

Au/n-InP接触的热反应特性

研究了离子束溅射制备的Au /n-InP欧姆接触在退火前后的界面特性.400 ℃ 10 min退火后,比接触电阻比退火前降低了约两个数量级.利用俄歇电子能谱(AES)和X射线光电子能谱(XPS)研究了接触的表面和界面的冶金性质.实验结果表明在室温下InP中的In就可以扩散到接触的表面,退火后Au的价态升高,AuxIny合金中In的含量增加.退火后,在接触与n-InP的界面产生一个P聚集区,同时Au与InP反应生成Au2P3,金属-InP界面Au2P3的生成是比接触电阻降低的原因.     

TiC/n型4H-SiC欧姆接触的低温退火研究

利用电子回旋共振(ECR)氢等离子体处理n型4H-SiC(0.5～1.5×1019cm-3)表面,采用溅射法制备碳化钛(TiC)电极,并在低温(<800℃)条件下退火。直线传输线模型(TLM)测试结果表明,TiC电极无需退火即可与SiC形成欧姆接触,采用ECR氢等离子体处理能明显降低比接触电阻,并在600℃退火时获得了最小的比接触电阻2.45×10-6Ω.cm2;当退火温度超过600℃时,欧姆接触性能开始退化,但是比接触电阻仍然低于未经氢等离子体处理的样品,说明ECR氢等离子体处理对防止高温欧姆接触性能劣化仍有明显的效果。利用X射线衍射(XRD)分析了不同退火温度下TiC/SiC界面的物相组成,揭示了电学特性与微观结构的关系。     

非故意掺杂GaN上Ti/Al/Ni/Au欧姆接触研究

基于圆形传输线模型,研究了背景载流子浓度为71016cm3的非故意掺杂GaN与Ti/Al/Ni/Au多层金属之间欧姆接触的形成。样品在N2气氛中,分别经过温度450,550,700,800,900℃的1 min快速热退火处理后发现,当退火温度高于700℃欧姆接触开始形成,随着温度升高欧姆接触电阻持续下降,在900℃时获得了最低比接触电阻6.6106O·cm2。研究表明,要获得低的欧姆接触电阻,需要Al与Ti发生充分固相反应,并穿透Ti层到达GaN表面;同时,GaN中N外扩散到金属中,在GaN表面产生N空位起施主作用,可提高界面掺杂浓度,从而有助于电子隧穿界面而形成良好欧姆接触。     

成核层退火压力对形成高阻GaN的作用

采用了MOCVD生长技术来获得高阻GaN,发现GaN的方块电阻会随着成核层退火压力的降低而迅速升高.当成核层退火压力降到75torr时,形成了高阻GaN,方块电阻达到1011Ω/□以上.原子力显微镜结果显示高阻GaN的表面非常平整,表面粗糙度只有0.15nm.在位激光检测发现高阻样品的成核层经过退火后会形成密度较高的成核岛.样品的X射线分析结果表明,随着退火压力的改变,刃型位错相对于螺型位错会有较大变化.说明刃型位错是GaN电阻变化的主要原因.     

成核层退火压力对形成高阻GaN的作用

采用了MOCVD生长技术来获得高阻GaN,发现GaN的方块电阻会随着成核层退火压力的降低而迅速升高.当成核层退火压力降到75torr时,形成了高阻GaN,方块电阻达到1011Ω/□以上.原子力显微镜结果显示高阻GaN的表面非常平整,表面粗糙度只有0.15nm.在位激光检测发现高阻样品的成核层经过退火后会形成密度较高的成核岛.样品的X射线分析结果表明,随着退火压力的改变,刃型位错相对于螺型位错会有较大变化.说明刃型位错是GaN电阻变化的主要原因.     

氢气退火在UV-LIGA制作折叠波导慢波结构中的影响

详细研究了利用紫外-光刻、电铸(UV-LIGA)技术制作全铜结构折叠波导各个阶段中氢气退火工艺对实验的影响。氢气退火工艺主要用于两个阶段：第一阶段为对铜基板的烧氢处理(前期),第二阶段为实现金属结构后对基板和铸层整体的烧氢处理(后期)。实验发现,前期氢气退火除清洁基板、降低内应力外,还能发生晶界迁移,使晶粒在高温下生长趋于稳定,利于生长与之结合更紧密的电铸层。但该处理需提前至基板抛光之前,否则会导致平整度变差。后期氢气退火除检测全铜结构能否经受高温焊接外,还有助于进一步去除光刻胶,并促进基板和铸层在高温下生长为结合紧密的共同体。     

一种低成本的硅垂直互连技术

采用KOH刻蚀工艺制作硅垂直互连用通孔,淀积SiO2作为硅垂直互连的电绝缘层,溅射Ti和Cu分别作为Cu互连线的黏附层/扩散阻挡层和电镀种子层.电镀10μm厚的Cu作为硅垂直互连的导电层.为实现金属布线的图形化,在已有垂直互连的硅片上试验了干膜光刻工艺.采用化学镀工艺,在Cu互连线上沉积150～200 nm厚的NiMoP薄膜作为防止Cu腐蚀和Cu向其上层介质扩散的覆盖层.高温退火验证了Ti阻挡层和NiMoP覆盖层的可靠性.     

磁控溅射的TaN薄膜的扩散阻挡性能

用反应磁控溅射方法在SiO2/Si(100)衬底和Cu薄膜间溅射一层TaN阻挡层,测试不同N气分压及热处理温度下Cu/TaN/SiO2/Si薄膜的显微结构和电阻特性.同时利用微细加工技术加工了镂空的Cu互连叉指测试结构,研究了TaN薄膜在镂空的铜互连结构中的扩散阻挡性能.结果发现,在退火温度不超过400 ℃时,薄膜电阻率均低于80μΩ·cm,而当溅射N分压超过10%,退火温度超过400℃时,薄膜电阻率很快上升.低N气分压下(≤10%)溅射时,即使退火温度达到600 ℃,薄膜电阻基本不变.     

Ni/Ti/Si形成硅化物的特性分析

随着MOSFET的特征尺寸进入20nm技术节点,源漏接触电阻成为源漏寄生电阻的主导部分,后栅工艺对硅化物的高温特性提出了更高的要求。分析了Ni/Ti/Si结构在不同温度退火下形成的硅化物的薄膜特性和方块电阻。分别采用J-V和C-V方法,提取硅化物与n-Si(100)接触的势垒高度。Ni/Ti/Si结构形成的镍硅化物在高温下具有良好的薄膜特性,并且可以得到低势垒的肖特基接触。随着退火温度的升高,势垒高度逐渐降低。研究了界面态的影响,在低于650℃的温度下退火,界面态密度随退火温度升高而逐渐增大,高于750℃后,界面电荷极性翻转。     

用离子自注入改善SOS单晶膜质量的研究

用炉退火和快速红外退火对经过Si离子注入的厚度为0.3—0.54微米的蓝宝石上硅膜(SOS)进行固相外延,并用离子背散射沟道技术和剖面电子显微技术研究其晶体质量的改善.用俄歇能谱结合Ar~+溅射剥层测量硅-蓝宝石界面宽度以估计界面处Al扩散的影响.炉退火和快速红外退火均可使外延膜特别是靠近界面处的晶体质量得到改善,其缺陷密度大大低于原生长膜中的缺陷密度.红外退火后界面宽度略有增加,但炉退火使界面宽度有显著增加.     

多层金属-n型4H-SiC的欧姆接触

研究了热退火条件下Au/Ti/Ni-4H-SiC欧姆接触形成机制.通过950 ℃下的快速热退火形成的最低欧姆接触电阻为2.765×10-6 Ω·cm2.SIMS分析表明退火过程中NiSi化合物的形成会带来SiC内部多余C原子的溢出,并在接触面上与Ti形成间隙化合物TiC.这一过程造成接触表面存在由大量C空位形成的缺陷层从而增强了表面间接隧穿.通过界面能带结构图直观地解释了欧姆接触在热退火条件下的形成机制.     

高能量钒注入n型4H-SiC的欧姆接触形成

借助二次离子质谱法分析了注入的钒离子在碳化硅中的分布.即使经过1650℃的高温退火,钒在碳化硅中的再扩散也不显著.退火并没有导致明显的钒向碳化硅表面扩散形成堆积的现象,由于缺少钒的补偿作用,表面薄层的自由载流子浓度保持不变.采用线性传输线模型测量了钒注入n型4H-SiC上的Ni基接触电阻,在1050℃下,在氮、氢混合气体中退火10min,形成的最低比接触电阻为4.4×10-3Ω·cm2.金属化退火后的XRD分析结果表明,镍、碳化硅界面处形成了Ni2Si和石墨相.观测到的石墨相是由于退火导致C原子外扩散并堆积形成,同时在碳化硅表面形成C空位.C空位可以提高有效载流子浓度,降低势垒高度并减小耗尽层宽度,对最终形成欧姆接触起到了关键作用.     

多层金属-n型4H-SiC的欧姆接触

研究了热退火条件下Au/Ti/Ni-4H-SiC欧姆接触形成机制.通过950 ℃下的快速热退火形成的最低欧姆接触电阻为2.765×10-6 Ω·cm2.SIMS分析表明退火过程中NiSi化合物的形成会带来SiC内部多余C原子的溢出,并在接触面上与Ti形成间隙化合物TiC.这一过程造成接触表面存在由大量C空位形成的缺陷层从而增强了表面间接隧穿.通过界面能带结构图直观地解释了欧姆接触在热退火条件下的形成机制.